Prinsip Kerja Mesin Empat Langkah

Prinsip Kerja Mesin Empat Langkah 

Mesin empat langkah memiliki empat gerakan piston yaitu : 

1. Langkah hisap (suction stroke) Pada langkah ini materi bakar yang telah bercampur dengan udara dihisap oleh mesin. Pada langkah ini katup hisap (intake valve) membuka sedang katup buang (exhaust valve) tertutup, sedangkan piston bergerak menuju TMB sehingga tekanan dalam silinder lebih rendah dari tekanan atmosfir. Dengan demikian maka adonan udara dan materi bakar akan terhisap ke dalam silinder.
2. Langkah Kompresi (compression stroke) Pada langkah ini kedua katup baik intake maupun exhaust tertutup dan piston bergerak dari TMB ke TMA. Karena itulah maka adonan udara dan materi bakar akan terkompresi, sehingga tekanan dan suhunya akan meningkat. Beberapa ketika sebelum piston mencapai TMA terjadi proses penyalaan adonan udara dan materi bakar yang telah terkompresi oleh busi (spark plug). Pada proses pembakaran ini terjadi perubahan energi dari energi kimia menjadi energi panas dan gerak. 
3. Langkah Ekspansi (expansion stroke) Karena terjadi perubahan energi dari energi kimia menjadi energi gerak dan panas menimbulkan langkah perluasan yang mengakibatkan piston bergerak dari TMA ke TMB. Gerakan piston ini akan menjadikan berputarnya poros engkol sehingga menghasilkan tenaga. Pada ketika langkah ini kedua katup dalam kondisi tertutup. 
4. Langkah Buang (exhaust stroke) Pada langkah ini piston bergerak dari TMB ke TMA, sedangkan katup buang terbuka dan katup isap tertutup, sehingga gas sisa pembakaran akan terdorong keluar melalui susukan buang (exhaust manifold) menuju udara luar. Seperti terlihat pada Gambar 2.1.

Gambar 2.1. Siklus motor bakar pada mesin 4 langkah [Ref.16]

2.2 Siklus Ideal 

Proses termodinamika dan kimia yang terjadi dalam motor bakar torak sangat kompleks untuk dianalisa berdasarkan teori. Untuk memudahkan menganalisanya perlu membayangkan suatu keadaan yang ideal. Makin ideal suatu keadaan makin gampang untuk dianalisa, akan tetapi dengan sendirinya semakin jauh menyimpang dari keadaan sebenarnya. Pada umumnya untuk menganalisa motor bakar torak dipergunakan siklus udara sebagai siklus yang ideal. Siklus udara memakai beberapa keadaan yang sama dengan siklus bahwasanya dalam hal sebagai berikut :

1. Urutan proses 
2. Perbandingan kompresi 
3. Pemilihan temperatur dan tekanan pada suatu keadaan 
4. Penambahan kalor yang sama per satuan berat udara 

Di dalam analisis udara, khususnya motor bakar torak akan dibahas: 

1.  Siklus udara volume konstan (siklus otto) 
2. Siklus udara tekanan konstan (siklus diesel) 3. Siklus udara tekanan terbatas (siklus gabungan)

Siklus Aktual Motor Bensin 

Siklus udara volume konstan atau siklus otto ialah proses yang ideal. Dalam kenyataannya baik siklus volume konstan, siklus tekanan konstan dan siklus gabungan mustahil dilaksanakan, lantaran adanya beberapa hal sebagai berikut : 

1. Fluida kerja bukanlah udara yang sanggup dianggap sebagai gas ideal, lantaran fluida kerja di sini ialah adonan materi bakar (premium) dan udara, sehingga tentu saja sifatnya pun berbeda dengan sifat gas ideal.
2. Kebocoran fluida kerja pada katup (valve), baik katup masuk maupun katup buang, juga kebocoran pada piston dan dinding silinder, yang mengakibatkan tidak optimalnya proses. 
3. Baik katup masuk maupun katup buang tidak dibuka dan ditutup sempurna pada ketika piston berada pada posisi TMA dan atau TMB, lantaran pertimbangan dinamika prosedur katup dan kelembaman fluida kerja. Kerugian ini.dapat diperkecil kalau ketika pembukaan dan penutupan katup diubahsuaikan dengan besarnya beban dan kecepatan torak.
4. Pada motor bakar torak yang sebenarnya, ketika torak berada di TMA tidak terdapat proses pemasukan kalor ibarat pada siklus udara. Kenaikan tekanan dan temperatur fluida kerja disebabkan oleh proses pembakaran adonan udara dan materi bakar dalam silinder. 
5. Proses pembakaran memerlukan waktu untuk perambatan nyala apinya, balasannya proses pembakaran berlangsung pada kondisi volume ruang yang berubah-ubah sesuai gerakan piston. Dengan demikian proses pembakaran harus dimulai beberapa derajat sudut engkol sebelum torak mencapai TMA dan berakhir beberapa derajat sudut engkol sehabis TMA menuju TMB. Kaprikornus proses pembakaran tidak sanggup berlangsung pada volume atau tekanan yang konstan. 
6. Terdapat kerugian jawaban perpindahan kalor dari fluida kerja ke fluida pendingin, contohnya oli, terutama ketika proses kompresi, perluasan dan waktu gas buang meninggalkan silinder. Perpindahan kalor tersebut terjadi lantaran ada perbedaan temperatur antara fluida kerja dan fluida pendingin. 
7. Adanya kerugian energi jawaban adanya ukiran antara fluida kerja dengan dinding silinder dan mesin. 
8. Terdapat kerugian energi kalor yang dibawa oleh gas buang dari dalam silinder ke atmosfer sekitarnya. Energi tersebut tidak sanggup dimanfaatkan untuk kerja mekanik. 

Siklus Udara Volume Konstan (Siklus Otto) 

Motor bensin ialah jenis motor bakar torak yang bekerja berdasarkan siklus volume konstan, lantaran ketika pemasukan kalor (langkah pembakaran) dan pengeluaran kalor terjadi pada volume konstan. Siklus ini ialah siklus yang ideal. Seperti yang terlihat di diagram P – V Gambar 2.3

Gambar 2.3. Diagram P – V Siklus Otto (siklus Volume Konstan). 

Adapun siklus ini ialah sebagai berikut : 

1. Langkah 0 – 1 ialah langkah hisap, yang terjadi pada tekanan (P) konstan. 

2. Langkah 1 – 2 ialah langkah kompresi, pada kondisi isentropik. 

3. Langkah 2 – 3 ialah dianggap sebagai proses pemasukan kalor pada volume konstan. 

4. Langkah 3 – 4 ialah proses ekspansi, yang terjadi secara isentropik. 

5. Langkah 4 – 1 ialah langkah pengeluaran kalor pada volume konstan. 

6. Langkah 1 – 0 ialah proses tekanan konstan.

Share this post